環氧樹脂砂漿鋼筋錨固法的應用

陳仙娥

(浙江省諸暨市交通勘察設計室311800諸暨市)

    在公路構造物的設計、施工中，可能會遇到鋼筋遺漏或偏位過大需補充以及建筑物構件需補強的情況下，采用鉆孑L埋置錨固鋼筋的方案，它既不破壞原結構物，又能滿足使用要求；既可節約鋼材、降低成本，又可縮短工期。是值得推廣的建筑物構件補強的有效措施。這方面，各種性能優越的專用結構膠已被廣為采用，而環氧樹脂砂漿因仍具有取材方便，成本較低的優點，用在如本例的一些連接鋼筋的錨固項目上，仍不失為一個實用的方案。

1、工程概況

    22省道諸東線(諸暨段)位于諸暨市東南端，是諸暨市連接東陽等縣市的重要交通干線，按平原微丘二級(加寬)公路標準設計。該項目為“四自”工程，2000年3月開工，2000年12月竣工。位于該線路樁號10K+570的橋梁(以下簡稱l橋)，上部構造為6—20m后張法預應力鋼筋混凝土空心板梁，下部構造為三柱式鉆孔灌注樁墩、臺基礎；位于該線路樁號11K+760的另一橋梁(以下簡稱2棹橋)，上部構造為3—20m后張法預應力鋼筋混凝工空心板梁，下部構造為三柱式鉆孔灌注樁墩、臺基礎。二座橋梁橋面寬度均為凈一15+2x0．5m防撞護欄，全寬為l6m；在兩橋臺處各設一條型鋼伸縮縫外，全橋橋面連續。在上部構造空心板預制時，兩座橋梁不同程度地出現邊板防撞護欄預埋鋼筋遺漏和型鋼伸縮縫預埋鋼筋遺漏的問題。為了降低成本，避免翻工，施工中采用了環氧樹脂砂漿錨固法解決了上述問題。

2、環氧樹脂砂漿的力學性能

    環氧樹脂砂漿是用44#或Z一42#環氧樹脂作為粘合劑、用石英粉或金屬粉作為填料、鄰苯二甲酸二丁脂作為增塑劑，乙二胺作為固化劑，按一定比例配制而成的粘結砂漿。試驗表明：粘結砂漿固化后的抗壓強度大于50MPa，抗拉強度大于10MPa。砂漿的粘結強度超過混凝土的自身強度，因而破壞面均不發生在粘結面上。它與鋼筋的粘結力較高，可達10MPa，一般不低于6MPa。

    環氧樹脂砂漿的粘結力分為兩個方面：一是砂漿與孑L壁的粘結力；一是砂漿與鋼筋的粘結力。環氧樹脂砂漿與鋼筋的粘結力由以下三部分組成：

    (1)氧樹脂砂漿固化后握裹鋼筋而產生的摩擦力；

    (2)環氧樹脂砂漿顆粒#04-1：學作用產生的與鋼筋的膠結力；

    (3)環氧樹脂砂漿固化后與鋼筋凹凸不平表面產生的機械咬合力。   

    在粘結力中機械咬合力起主要作用。環氧樹脂砂漿與混凝土TL壁的粘結力也由三部分組成：

    (1)環氧樹脂砂漿固化后與混凝土孔壁產生的摩擦力；  

    (2)環氧樹脂砂漿顆粒與孔壁混凝土的化學作用產生的化學膠結力；

    (3)環氧樹脂砂漿固化后與孔壁凹凸不平表面產生的機械咬合力。

    其中機械咬合力最大，但另外兩個力也不能忽視。試驗表明：環氧樹脂砂漿與混凝土孔壁的粘結面很難發生破壞。   

3、錨固鋼筋的計算

    環氧樹脂砂漿錨固鋼筋就是用環氧樹脂砂漿將鋼筋固結在孔中。環氧樹脂砂漿既粘結鋼筋，又粘結孔壁。因此，在鋼筋未達到屈服極限前，錨固破壞的形式有以下兩種：   

    (1)鋼筋與環氧樹脂砂漿的膠結力不足，鋼筋被拔出。、

    (2)混凝ATL壁破壞，鋼筋和砂漿一同拔出。

    這種粘結力破壞試驗的方法是：把鋼筋從試件中拔出試驗或把鋼筋壓入試驗。做拔出試驗時，首先把鋼筋一端用環氧樹脂埋入鉆好的混凝土TL洞中，另一端施加拉力將鋼筋拔出。

    從拔出試驗可以看出粘結力有以下幾個特點：  

    (1)粘結力呈曲線形分布，最大粘結力產生在距端點某一距離處，隨拔出力的大小而變化；     

    (2)鋼筋埋入的長度越長，所需拔出的力越大，若長度大予某一數值，則遠端的粘結力很小，甚至為零；   

    (3)由于機械咬合力作用占50％Pl上，因此螺紋鋼筋比光圓鋼筋的粘結強度大得多；

    (4)環氧樹脂砂漿與混凝土TL壁粘結面的破壞概率為零。      

    設Rt為均勻分布，則破壞荷載F與粘結力Rt的關系式為：  

    F=π×d×l×Rt(d為鋼筋直徑；L為錨固長度)  (1)   

    鋼筋屈服、錨固未破壞時的荷載為：

    F=1／4×π×d2×бs    (бs為鋼筋的屈服強度)(2)   

    由以上兩式得：

    L=1／4×π×d×бs ×Rt   (3)   

    粘結強度Rt應是實驗室試驗的平均值乘以系數 K來確定。由于工程實際條件與實驗室操作條件不盡相同(溫度、配比、清孔及除銹程度、澆注條件等)，K值一般取鋼筋屈服與極限強度之比值。一級鋼筋一般為0．6，二級鋼筋為0．7。此外鋼筋最后錨固深度還應考慮結構情況，特殊情況特殊處理。    

4、施工工藝

    鋼筋錨固的工藝順序為：定位——鉆孔——清孔——鋼筋除污——制備砂漿——插入鋼筋——校正并臨時固定——養護。       

    (1)混凝土強度達到Cl0以上時，定位、鉆孔、孔徑應比鋼筋直徑大l0一16mm。遇障礙物時可避開。   

    (2)灌注砂漿前應徹底清孔，清除積水，清除粉塵等。為使孑L壁干燥，可用氧氣乙炔塊烘干。烘干時防止溫度過高燒壞混凝土，然后用丙酮棉沙擦拭干凈。

    (3)鋼筋表面宜用酸洗，但需要用堿液中和，然后用水沖洗并烘干。 

    (4)制備砂漿。     

    漿液配比：

    環氧樹脂E--44C6101#   lOOkg   鄰苯二甲二丁脂(工業用)    17k9： 

    乙二胺(無水、含量98％以上)8kg

    砂(粒徑、自然級配)    250～150kg

    若乙二胺含量低于98％1t,J"需換算。   

    乙二胺是易揮發性物質，應密封保管，其用量最好經過配比試驗，試驗操作時間最好控制在0.5—1.0小時內，強度也應滿足要求。具體操作如下圖所示：

    為保證漿液質量，制備漿液時應注意以下幾點：  

    (1)應以砂浴或水浴將環氧樹脂加熱至60℃一80℃，不得用明火直接烘烤，防止局部高溫炭化失效。加熱時最高溫度不得超過800C。

    (2)各種成分應按順序加入，每種成分加入都應充分攪拌，避免帶入氣泡。攪拌時不宜太快，也不宜來回攪動。

    (3)一次攪拌量應根據實際需要決定。

    (4)建立勞動保護和安全防火等規章制度。

    (5)平均氣溫低于l50C時，為使砂漿正常固化，應采取的相應措施有以下幾個方面：

    (a)灌注前，孔壁應加熱至60℃(用氧氣乙炔噴焊器或電阻絲加熱等)；

    (b)灌注時，應控制砂漿的溫度在40℃左右，以減少稠度、方便操作；       

    (C)鋼筋應預熱，一般用砂浴、烘箱或在水中進行，溫度應控制在60。防止高溫引起環氧樹脂砂漿爆凝；   

    (d)采取有效的保溫蓄熱，加強養護。

5、結束語

    環氧樹脂砂漿鉆孔錨固鋼筋技術可應用于橋梁等構造物基礎的補強和構件的補筋等方面。

    22省道諸東線(諸暨段)1#、2≠≠橋梁采用環氧樹脂砂漿鉆孔錨固鋼筋技術處理了空心板防撞護欄和型鋼伸縮縫預埋插筋遺漏問題，并取得了良好的效果。具體操作過程如下：①先用紅鉛筆在空心板設計位置畫出漏埋鋼筋的位置；②再用孔徑30ram的沖擊電鉆現場鉆孔，孑L深15cm；用高壓水把鉆孔中粉塵沖洗干凈，拿棉紗用鐵絲伸入孔中把水基本吸干并自然風干；③按前面所述工藝配合砂漿(本項目配合比中砂用量取200kg④環氧樹脂用水浴加熱至80℃，鄰苯二甲二丁脂、乙二胺、砂按次序加入，并攪拌均勻；⑤施工當天氣溫為20℃，孔壁不需要加熱；孔中倒人砂漿(數量按鉆孔直徑及深度計算確定)；⑥插入鋼筋(直徑l4ram)，并按常規養護。經試驗，抗拔力完全滿足設計要求。該橋運行至今已有三年時間，情況很好。此工程在未破壞原結構的情況下，避免了翻工現象，既節省了材料，又縮短了工期。

    隨著該技術的進一步完善，它的作用也會越來越廣，并會創造出更多的社會效益和經濟效益。

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)